[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] Schaltnetzteile dieser Art sind aus der Praxis bekannt und werden verbreitet für
die Versorgung von elektronischen Geräten, z.B. Fernsehempfängern, Computern oder
dgl., mit den benötigten Spannungen verwendet, da sie gegenüber der Stromversorgung
mit 50 Hz eine Reihe von Vorteilen aufweisen. Für diese Schaltnetzteile werden im
allgemeinen Transformatoren, sogenannte Schaltnetztransformatoren, mit vorzugsweise
Ferritkernen eingesetzt. Bei den bekannten Schaltnetzteilen muß der - einzige - Schaltnetztransformator
sich widersprechende Bedingungen erfüllen, die mit steigender Frequenz im schlechter
erfüllbar sind.
[0003] So soll die Kopplung zwischen den Wicklungen des Schaltnetztransformators möglichst
hundertprozentig sein, die gegenseitige Beeinflussung der Sekundärspannungen durch
Lastwechsel möglichst gering, und dabei eine sichere Netztrennung nach VDE gewährleistet
werden.
[0004] Dies erreichte man bisher durch sehr komplizierte Lagenwikklungen, die wegen der
engen Kopplung ineinander verschachtelt werden mußten.
[0005] Es ist offensichtlich, daß derartige Schaltnetztransformato ren nur manuell zu fertigen
sind, womit das Restrisiko steigt, daß die VDE-Besimmungen nicht eingehalten werden.
[0006] Weiterhin ist es bei derartigen Schaltnetzteilen notwendig, die Sekundärspannungen
von evtl. weiteren Sekundärwicklungen noch durch Längsregler zu stabilisieren, da
sich diese Sekundärspannungen mit sich ändernder Last (z.B. NF-Lautstärke) ebenfalls
ändern. Hierdurch sinkt der Gesamtwirkungsgrad erheblich.
[0007] In vielen Fällen ist es erwünscht, mit einer möglichst hohen Schaltfrequenz zu arbeiten.
Mit steigender Frequenz treten noch zusätzliche Effekte auf, die von dem bei den bekannten
Schaltnetzteilen vorgesehenen einzigen Schaltnetztransformator nur schlecht beherrscht
werden können, wie z.B. der sogenannte Skineffekt, der Mehrdraht- oder Litzenwicklungen
erforderlich macht. Außerdem verringert sich die Anzahl der Windungen pro Volt, d.h.
es sind Sekundärspannungen unter einer gewissen Höhe nicht darstellbar, da die kleinstmögliche
Windungszahl "1" beträgt.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem die den bekannten Schaltnetzteile dieser
Art anhaftenden, oben geschilderten Nachteile vermieden sind.
[0009] Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil sind anstelle des einzigen Schaltnetztransformators
bei den bekannten Schaltnetzteilen zwei (oder mehrere) kleinere Einzel-Schaltnetztransformatoren
vorgesehen, und durch diese Aufteilung ergeben sich folgende Vorteile:
1) Primärseitig wird zum Erreichen der notwendigen Gesamt induktivität eine höhere
Windungszahl pro Einzel-Schaltnetztranformator (bei zwei Einzel-Schaltnetztransformatoren
z.B. > das 1,4-fache , weil der Einzel-Schaltnetztransformator einen kleineren magnetischen
Querschnitt aufweist) erforderlich, was sich günstig auf die Gesamtkopplung auswirkt
und damit auch die Streuinduktivität und den Skineffekt herabsetzt. Durch die Aufteilung
der Ströme auf zwei (oder mehrere) Einzel-Schaltnetztransformatoren kann der Drahtdurchmesser
entsprechend verkleinert werden. Ebenso wird die Kühlung durch die Aufteilung verbessert.
2) Das unter 1) Gesagte trifft im Prinzip auch auf evtl. weitere Sekundärwicklungen
zu, die zusätzlich zu den die geregelte Spannungsschiene speisenden Sekundärwicklungen
eingesetzt werden, wenn außer der stabilisierten Spannung der geregelten Spannungsschiene
noch andere Spannungen benötigt werden. Hinzu kommt, daß diese weiteren Sekundärwicklungen
je nach erforderlicher Spannung und ggf. den Gegebenheiten eines besonderen Transformatortyps
auf die mehreren Schaltnetztransformatoren aufgeteilt und die Teilwicklungen parallel
oder in Reihe geschaltet werden können. Um eine Änderung der Spannungen durch eine
variierende Niederfrequenzbelastung zu minimieren, besteht auch die Möglichkeit,
die betreffende weitere Sekundärwicklung nur auf einem der Schaltnetztransformatoren
anzuordnen, womit die Rückwirkung auf den zweiten bzw. die weiteren Schaltnetztransformatoren
stark vermindert ist. Diese Rückwirkung kann zusätzlich durch eine antiserielle Wicklung
auf dem jeweils anderen Transformator bzw. den jeweils anderen Transformatoren noch
weiter vermindert werden, was ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung ist.
3) Längsregler zur Stabilisierung der Sekundärspannung sind somit nicht mehr erforderlich,
der Gesamtwirkungs grad der Stromversorgung steigt.
4) Die Einzel-Schaltnetztransformatoren der genannten Art für Schaltnetztreile gemäß
der Erfindung sind ohne Schwierigkeiten vollautomatisch zu fertigen, was das Sicherheitsrisiko
fast gänzlich ausschaltet. Damit steigt, trotz Verwendung von mindestens zwei Einzel-Schaltnetztransformatoren,
die Wirtschaftlichkeit, denn zwei automatisch gefertigte kleinere Transformatoren
sind billiger herzustellen als ein handgefertigter großer.
5) Der wünschenswerten Erhöhung der Schaltfrequenz sind wesentlich weitere Grenzen
gesetzt.
[0011] Die Unteransprüche haben bevorzugte Ausführungsformen des Schaltnetzteils gemäß Patentanspruch
1 zum Gegenstand.
[0012] Die Zeichnung zeigt als Beispiel das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils für Sichtgeräte.
[0013] Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung weist zwei gesonderte Schaltnetztransformatoren
TI und TII auf, von denen jeder mit einer Primär-Hauptwicklung WI₁ bzw. WII₁ und mit
einer sogenannten Systemspannungs-Sekundärwicklung WI₃ bzw. WII₃ versehen ist. Die
Primär-Hauptwicklungen WI₁ und WII₁ sind ebenso wie die Systemspannungs-Sekundärwicklungen
WI₃ und WII₃ zueinander parallel geschaltet. Die Parallelschaltung aus den Primär-Hauptwicklungen
WI₁ und WII₁ liegt in Reihe mit einem elektronischen Schalter 2 hier in Form eines
Transistors, der die mittels einer Gleichrichteranordnung 1 aus dem Netz erzeugte,
die Primär-Hauptwicklungen WI₁ und WII₁ beaufschlagende Gleichspannung mit einer Frequenz
von mindestens 16 kHz unterbricht. Die Systemspannungs-Sekundärwicklungen WI₃ und
WII₃ speisen eine geregelte Spannungs schiene, die eine stabilisierte Spannung U
s als Systemspannung liefert. Außer den beiden vorgenannten Wicklungen weist der Schaltnetztransformator
TI primärseitig noch eine Treiberwicklung WI₂ und eine weitere Sekundärwicklung WI₄
auf, die eine im Sichtgerät benötigte Niederspannung liefert.
[0014] Der weitere Schaltnetztransformator TII ist außer mit den beiden vorgenannten Wicklungen
mit einer weiteren Sekundärwicklung WII₄ versehen, die die Tonversorgungsspannung
für den Audio-Teil des Sichtgerätes liefert. Dieser Audio-Teil stellt aufgrund der
variablen Lautstärke eine variierende Niederfrequenzbelastung für die weitere Sekundärwicklung
WII₄ des weiteren Schaltnetztransformators TII dar, die noch eine gewisse Rückwirkung
auf den Schaltnetztransformator TI haben kann, obzwar diese Rückwirkung gegenüber
den bekannten Schaltnetzteilen mit einem einzigen Schaltnetztransformator, auf dem
alle benötigten Wicklungen angeordnet sind, durch die Anordnung auf einem von dem
Schaltnetztransformator T1 gesonderten weiteren Schaltnetztransformator TII bereits
erheblich gemindert ist. Um auch diese restliche Rückwirkung auf den Schaltnetztransformator
TI praktisch zu eleminieren, ist mit der weiteren Sekundärwicklung WII₄ des weiteren
Schaltnetztransformators TII gegensinig eine Kompensationswicklung WI₅ in Reihe geschaltet,
die auf dem Schaltnetztransformator TI angeordnet ist.
[0015] Die Spannungsregelung und die Steuerung des elektronischen Schalters II besorgen
eine in der Zeichnung als Block dargestellte Starteinrichtung 3 und eine über einen
Triggertrafo TIII an die Starteinrichtung 3 angekoppelte, als Block dargestellte
Schaltungsanordnung 4. Die Starteinrichtung 3 besteht aus einem Oszillator und einer
Treiberstufe und wird zunächst über die Gleichrichteranordnung 1 und einen Widerstand
R1 nach dem Einschalten gespeist, bis nach kurzer Zeit die Versorgung durch die Treiberwicklung
WI₂ erfolgt. Nach Errei chen von etwa 80% der Versorgungsspannung startet die Schaltungsanordnung
4. Sie übernimmt über den Triggertrafo TIII die Ansteuerung des elektronischen Schalters
2 über den Treiber in der Starteinrichtung 3, wodurch die Spannung U
s im Normalbetrieb konstant gehalten wird.
1. Schaltnetzteil für hohe Leistungen, z.B. für Fernsehempfänger mit hoher NF-Leistung,
der einen Schaltnetztransformator (TI) mit einer Primär-Hauptwicklung (WI₁), einer
primärseitigen Treiberwicklung (WI₂) und einer Sekundärwicklung (WI₃) zum Speisen
einer geregelten Spannungsschiene (Spannung Us) aufweist und der mit einem mit der Primär-Hauptwicklung (WI₁) in Serie liegenden
elektronischen Schalter (2) für hohe Frequenzen, insbesondere 16 kHz, zum periodischen
Unterbrechen der an die Primär-Hauptwicklung (WI₁) angelegten, mittels einer Gleichrichteranordnung
(1) aus dem Netz erzeugten Gleichspannung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein weiterer Schaltnetztransformator (TII) mit einer Primär-Hauptwicklung
(WII₁) und einer Sekundärwicklung (WII₃) zur Speisung der geregelten Spannungsschiene
vorgesehen ist, wobei zum einen alle Primär-Hauptwicklungen (WI₁, WII₁) und zum anderen
alle die geregelte Spannungsschiene speisenden Sekundärwicklungen (WI₃,WII₃) zueinander
parallel geschaltet sind.
2. Schaltnetzteil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schaltnetztransformator (TI,TII) zusätzlich zu seiner die geregelte
Spannungsschiene speisenden Sekundärwicklung (WI₃ bzw,. WII₃) eine weitere Sekundärwicklung
(WI₄ bzw. WII₄) aufweist.
3. Schaltnetzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den weiteren Sekundärwicklungen wenigstens einige, jeweils zu unterschiedlichen
Schaltnetztransformatoren gehörende parallel oder gleichsinnig in Reihe geschaltet
sind.
4. Schaltnetzteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltnetztransformatoren (TI,TII) unterschiedliche, nicht galvanisch mit
einer anderen weiteren Sekundärwicklung verbundene weitere Sekundärwicklungen (WI₄
bzw. WII₄) aufweisen.
5. Schaltnetzteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von durch Lastwechsel an einer weiteren Sekundärwicklung (WII₄)
eines Schaltnetztransformators (TII) hervorgerufenen Spannungsschwankungen die anderen
Schaltnetztransformatoren (TI) jeweils mit einer gegensinnig zu dieser einen weiteren
Sekundärwicklung (WII₄) in Reihe geschalteten Kompensationswicklung (WI₅) versehen
sind.
6. Schaltnetzteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Schaltnetztransformatoren jeweils eine Treiberwikklung auweisen.
7. Schaltnetzteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den Treiberwicklungen wenigstens einige in Reihe geschaltet sind.
8. Schaltnetzteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gerkennzeichnet, daß von den Treiberwicklungen wenigstens einige parallel geschaltet sind.
9. Schaltnetzteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltnetztransformatoren unterschiedliche mechanische Größen und unterschiedliche
Primär- und/oder Sekundärinduktivitäten insbesondere ihrer Haupt-Primärwicklungen
(WI₁,-WII₁) bzw. ihrer die geregelte Spannungsschiene speisenden Sekundärwicklungen
(WI₃, WII₃) aufweisen.